EBEX气球载实验——光学系统、接收器与偏振测量

E和B实验（EBEX）是一个长时间气球载宇宙微波背景偏振测量仪，于2013年在南极洲上空飞行。我们描述了该实验的光学系统、接收器和偏振测量方法，并报告了它们的飞行性能。EBEX有三个频段，中心频率分别为150、250和410 GHz。为了高效利用有限的质量和空间，我们设计了一个115 cm²sr的高通量光学系统，每个焦平面配备两个常温反射镜和四个镀有增透膜的聚乙烯透镜。所有频段共享同一光学路径。偏振测量通过一个连续旋转的消色差半波板（AHWP）实现，该波板由超导磁悬浮轴承（SMB）悬浮。旋转稳定性在10小时内为0.45%，角位置精度为0.01度。这是超导磁悬浮轴承在天体物理学中的首次应用。所有频段的实测调制效率均超过90%。据我们所知，该消色差半波板109%的相对带宽是迄今为止实现的最宽带宽。包含一个透镜和消色差半波板的接收器工作在4 K，偏振网格和其他透镜工作在1 K，两个焦平面工作在0.25 K，均按规格运行，焦平面温度稳定性的波动功率谱在2 mHz处出现1/f拐点。EBEX是首个搭载现代宇宙微波背景偏振测量仪特征技术的气球载仪器，这些技术包括高通量光学系统，以及配备多路复用读出系统的大型过渡边缘传感器测辐射热计阵列。